основы проектирования хим произв дворецкий

Интегрированная информационная система управления проектами объединяет данные из различных подразделений и организаций, относящихся к конкретному проекту; обеспечивает хранение, сбор, и анализ управленческой информации относительно степени достижения целей проекта; должна обеспечивать алгоритмы разрешения конфликтующих требований, возникающих по ходу обеспечения проекта; обеспечивает поддержку деловых взаимоотношений между исполнителями, временно объединенными в команду.

Структуру интегрированной информационной системы поддержки принятия решений во многом определяет структура принятых в рамках проекта и организации процессов управления. Как следствие, она может быть структурирована по этапам проектного цикла, функциям, уровням управления. Обобщенный жизненный цикл проекта и управленческие функции, связанные с различными стадиями и этапами проекта, показан на рис. 6.10. Для поддержки различных управленческих функций используется разное информационное и программное обес-

печение (ПО).

Для описания и анализа проекта на прединвестиционной стадии применяется специализированное ПО финансового анализа проектов, которое позволяет выполнить оценки основных показателей проекта в целом и обосновать эффективность капиталовложений.

Для детального планирования и контроля графика выполнения работ, отслеживания ресурсов и затрат проекта необходимо использовать ПО для управления проектами. На стадии выполнения проекта необходимо обеспечить сбор фактических данных о состоянии работ, оптимально представить их для анализа, обеспечить обмен информацией и взаимодействие между участниками проекта. Для выполнения этих функций применяется ПО для управления проектами, ПО поддержки групповой работы, документооборота и формирования отчетов. Основными функциональными элементами интегрированной информационной системы поддержки принятия решений на стадии выполнения проекта являются: модуль календарно-сетевого планирования и контроля работ проекта; модуль ведения бухгалтерии проекта; модуль финансового контроля и прогнозирования. Важнейшим компонентом интегрированных информационных систем поддержки принятия решений являются системы управления базами данных. Их основными функциями являются поддержка целостности, защищенности, архивации и синхронизации данных в условиях многопользовательской работы.

Опыт, полученный в результате реализации проекта и формализованный в виде содержания компьютерной базы соответствующих знаний организации, может быть использован в дальнейшем при реализации новых проектов. Проблемами обобщения опыта, обработки, хранения и использования знаний о содержании, формах и методах организационного управления (в том числе – управления проектами) занимается такой раздел современной теории управле-

ния, как управление знаниями.

В настоящее время все более актуальным для эффективного функционирования организаций и/или реализации проектов становится управление знаниями.

Впроектах в силу их специфики (каждый проект уникален) проблема унификации управления обретает еще большую значимость. Понятно, что априорное ограничение класса возможных управлений, с одной стороны, снижает эффективность управления, а с другой стороны, – позволяет уменьшить информационную нагрузку на руководителя проекта и дать ему возможность максимально использовать в новой ситуации, как свой собственный опыт, так и опыт реализации проектов, накопленный другими руководителями проектов.

Вобщем случае управление знаниями определяется как процесс систематического и целенаправленного создания, распространения и применения знаний (информации), имеющих критическое значение для стратегии и целей организации. Управление знаниями подразумевает две составляющие: организационную

итехнологическую. Организационная часть – это политика компании в отношении управления знаниями, т.е. разнообразные управленческие процедуры, которые позволяют компании сохранять, структурировать, анализировать информацию для того, чтобы эффективно ее использовать в настоящем и будущем. Технологии (в основном – информационные) помогают осуществить эти управленческие процедуры, но не могут их заменить.

Под базой знаний (по управлению проектами) понимают формализованную

испециальным образом организованную в информационной системе управления проектами информацию по типовым фрагментам календарно-сетевых графиков проектов, механизмам управления проектами и т.д. Содержимое базы знаний оформляется, связывается между собой и представляется таким образом, чтобы с помощью специальных программных средств его можно было использовать для генерации новых знаний и решений для управления конкретным проектом. Помимо графиков проведения работ, объектами типизации в управлении проектами выступают: процедуры принятия решений, роли участников проектов, структуры проектов, этапы жизненного цикла проектов, процессы взаимодействия и результаты деятельности исполнителей. Типовые роли участников проектов – выделенные образы типовых элементов организационной системы (например, главный инженер проекта, исполнитель и т.д.), имеющие свою стратегию и выполняющие определенные действия в рамках реализации проекта.

График реализации работ каждого проекта по-своему уникален, но может состоять во многом из уже отработанных фрагментов, сохраненных в базе знаний по управлению проектами. Под типовыми структурами проектов понимаются базовые структуры: структура декомпозиции работ, организационная структура, структура ресурсов (см. выше), а также множественные вспомогательные структуры, например, структура статей затрат проекта, структуры кодирования. Типизация структур проекта – важнейший элемент организации управления проектами в любой современной компании, позволяющий сокращать затраты на планирование и контроль проектов, сравнивать разнородные проекты между собой, готовить необходимые аналитические отчеты по ходу выполнения проектов и т.д.

194 Глава6. ИНТЕГРИРОВАННОЕПРОЕКТИРОВАНИЕХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХПРОЦЕССОВ…

Выделение стандартных этапов жизненного цикла проектов и условий переходов между ними позволяют компании принимать обоснованные управленческие решения на всех этапах жизненного цикла проектов, оптимизируя ресурсы, сохраняя накопленный опыт. Наличие типовых процессов позволяет организовывать взаимодействие множества участников проектов, устанавливая необходимую последовательность их действий и результатов, стандартные входящие и исходящие документы и т.д. Важный шаг на пути использования типовых решений в управлении проектами – единая терминология, позволяющая всем участникам проекта одинаково трактовать термины и определения управления проектами. Еще одним средством типизации служит классификация.

Описание успешных практик по управлению проектами помогает оценить возможность использования тех или иных методов и механизмов при реализации подобных проектов и с успехом применять их. Обучение – один из способов внедрения типовых решений. Обучение на примере типового решения пройдет быстрее, и участник проекта будет готов применять полученные навыки на практике для всех подобных проектов. Содержательно, задача выбора типовых ситуаций заключается в следующем: требуется обучить менеджера принимать решения в таких ситуациях, которые являются «типичными» для множества возможных ситуаций в смысле критерия минимальности потерь эффективности при использовании наиболее «близкого» типового решения.

Современные информационные системы управления проектами также являются способом внедрения типовых решений в управлении проектами. Настроив информационную систему соответствующим образом, прописав в ней процедуры, внеся типовые структуры проектов, разработав специализированные аналитические отчеты, сужают круг допустимых решений для участников, побуждая их использовать готовые типовые решения.

Вопросы для самоконтроля

1.Охарактеризуйте понятия: «гибкая ХТС», «гибкая производственная система».

2.Изобразите иерархическую структуру химического предприятия как сложной ХТС.

3.Перечислите взаимосвязанные подсистемы химического производства, между которыми существуют отношения соподчиненности в виде иерархической структуры.

4.Охарактеризуйте низшую ступень иерархической структуры химического предприятия.

5.Приведите рисунок структурно-параметрического описания химического производства.

6.Изобразите структурную схему автоматизированной ХТС.

7.Что Вы понимаете под термином «интегрированное проектирование»? Сформулируйте цель интегрированного проектирования химико-техноло- гических процессов, аппаратов, ХТС и САУ.

8.Почему важно рассматривать на этапе проектирования влияние неопределенных параметров на работоспособность и оптимальность функционирования ХТС?

9.Каким образом осуществлялся учет неопределенности при традиционном проектировании ХТС?

10.Сформулируйте математически задачу проектирования энерго- и ресурсосберегающей ХТС в статике.

11.Используя системный подход, предложите декомпозицию задачи проектирования энерго- и ресурсосберегающей ХТС в статике в виде последовательности итерационно-детерминированных задач нелинейного программирования и оптимального управления.

12.Охарактеризуйте три основные задачи, решаемые при интегрированном проектировании энерго- и ресурсосберегающей ХТС: 1) генерирование альтернативных вариантов ХТС, удовлетворяющих условиям гибкости (в жесткой, мягкой или смешанной форме); 2) выбор альтернативных классов и структур САУ ХТС, удовлетворяющих условиям структурной наблюдаемости и управляемости ХТС с заданными динамическими свойствами по каналам управления; 3) решение одноили двухэтапной задач оптимизации конструктивных и режимных (управляющих) переменных комплекса «ХТС–САУ» в условиях неопределенности по векторному критерию, включающему показатели качества производимой продукции, энерго- и ресурсосбережения, а также технико-экономи- ческие показатели производства.

13.Изложите стратегию интегрированного проектирования ХТС.

14.Перечислите сведения, которые указываются в ТЗ на проектирование

ХТС.

15.Разделите все переменные в задаче оптимального проектирования ХТС

вусловиях неопределенности параметров на категории. Охарактеризуйте эти категории. Каким образом задаются вектор неопределенных параметров и область неопределенности?

16.Сформулируйте две задачи, связанные с анализом гибкости проектируемой ХТС: А – оценка работоспособности ХТС для априори заданного интервала неопределенности; Б – количественная оценка индекса гибкости проекта и определение максимально достижимого уровня индекса гибкости проекта.

17.Запишите выражение для функции гибкости ХТС.

18.Назовите основные этапы и механизмы управления проектами.

196

7.1.ОЦЕНКА ГИБКОСТИ И ОДНОЭТАПНОЕ ИНТЕГРИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХТС В УСЛОВИЯХ ИНТЕРВАЛЬНОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

При интегрированном проектировании ХТС должны быть удовлетворены регламентные и проектные ограничения, связанные: 1) с безопасностью ХТС (например, температура, давление в химическом реакторе или концентрации некоторых веществ в выходных потоках химического производства не должны превышать максимально допустимых величин); 2) с экологической безопасностью (ограничения на максимальную величину выходных потоков вредных веществ); 3) с обеспечением заданных значений производительности, качественных и тех-

нико-экономических показателей выпускаемой продукции и ХТС, соответственно. Удовлетворение регламентных ограничений осложняется наличием неопределенности (неточности) в математических моделях или в исходных данных задач моделирования, оптимизации и проектирования. Источниками неопределен-

ности, как правило, являются:

1.Неточность математических моделей, используемых для целей анализа, оптимизации и интегрированного проектирования ХТС. Она порождается: а) неточностью эксперимента, с помощью которого были получены коэффициенты

вматематических моделях (константы скоростей реакций, коэффициенты межфазного обмена, тепло- и массопереноса и т.д.); б) неточностью химических и физических закономерностей, положенных в основу математических моделей.

2.Изменение внутренних факторов ХТС на стадии ее функционирования, что приводит к изменению некоторых коэффициентов в математических моделях во время эксплуатации ХТС. Так, изменение активности катализатора приводит к изменению констант скорости реакций, а загрязнение поверхности теплообмена в теплообменнике – к изменению коэффициентов теплоотдачи и, соответственно, теплопередачи.

ОЦЕНКА ГИБКОСТИ И ОДНОЭТАПНОЕ ИНТЕГРИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХТС… 197

3.Случайное изменение внешних факторов функционирования ХТС на стадии ее эксплуатации.

4.Конструктивная неточность, т.е. неточность в реализации некоторых размеров технологического оборудования при его изготовлении.

Обычно неполнота наших знаний о ХТС сводится к тому, что некоторые параметры в математических моделях и исходных данных при решении задач моделирования, оптимизации и интегрированного проектирования известны неточно. О них известно только то, что они принадлежат некоторой области неопределенности Ξ.

Таким образом, при оптимизации и интегрированном проектировании ХТС мы вынуждены использовать неточные математические модели, и в этом случае возникает закономерный вопрос: каким образом мы можем гарантировать выполнение всех регламентных и проектных ограничений на стадии функционирования ХТС, несмотря на использование неточных математических моделей?

Задачи оптимизации и интегрированного проектирования ХТС формулируются при следующих предположениях:

1) в жизненном цикле ХТС выделяются две стадии: проектирование и функционирование;

2) имеются регламентные требования и проектные ограничения, связанные

сэкономикой производства, взрывобезопасностью, экологией, качеством выпускаемой продукции, которые записываются в форме (6.7);

3) имеются два типа переменных – конструктивные переменные a, d (структура ХТС, тип аппарата, размеры оборудования и т.п.) и режимные (управляющие) переменные z (температура, давление, расход и др.). На стадии функциони-

рования, как правило, конструктивные переменные остаются постоянными, а управляющие переменные, вообще говоря, могут изменяться. Это позволяет учесть на стадии проектирования возможность настройки управляющих переменных (на стадии функционирования) для выполнения регламентных требований и проектных ограничений.

На стадии функционирования ХТС будем выделять три группы неопределенных параметров. К первой группе относятся параметры, значения которых могут быть определены (измерены) достаточно точно на стадии функционирования ХТС. Другими словами, на стадии функционирования имеется достаточный объем экспериментальной информации, позволяющий определить «точные» значения неопределенных параметров. Ко второй группе относятся параметры, которые не могут быть измерены (уточнены) на стадии функционирования. Другими словами, область неопределенности для этих параметров остается такой же, как и на стадии проектирования. К третьей группе относятся параметры, значения которых могут быть уточнены на стадии функционирования, однако при этом некоторая ошибка при определении этих параметров остается.

Следуя работе [38], на этапе проектирования будем различать два случая. В первом случае нам неизвестны плотности распределения вероятностей неопределенных параметров. В этом случае интервалы неопределенности измеряемых

198 Глава 7. НОВЫЕ ПОДХОДЫ К АППАРАТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ОФОРМЛЕНИЮ…

параметров могут быть найдены, если известны максимальные ошибки измерения используемых приборов.

ошибки измерения. Из характеристик приборов мы знаем максимальные значения δ1, δ2 ошибок δx j , δξj :

Пусть теперь нам известны плотности распределения вероятностей неопределенных параметров. Рассмотрим вначале случай, когда все параметры ξ j незави-

симы и каждый из них имеет плотность распределения вероятности Pj( ξ j ). Тогда для каждого параметра ξ j можно найти интервал Ξρj j , удовлетворяющий условию

Уровень неопределенности зависит от полноты и точности экспериментальных данных, доступных на стадии функционирования ХТС, т.е. зависит от кон-

ОЦЕНКА ГИБКОСТИ И ОДНОЭТАПНОЕ ИНТЕГРИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХТС… 199

трольно-измерительной системы сбора экспериментальной информации на этой стадии (наличия датчиков и приборов, их точности).

При формулировании задач оптимизации и интегрированного проектирования ХТС в условиях неопределенности мы будем рассматривать два случая:

а) одноэтапная формулировка, в которой неопределенные параметры ξ (или их часть) не могут быть идентифицированы на этапе функционирования ХТС, и

вэтом случае управляющие переменные определяются одновременно с определением конструктивных переменных для всей области неопределенности Ξ;

б) двухэтапная формулировка, в которой неопределенные параметры (или их часть) могут быть идентифицированы на этапе функционирования ХТС, и

вэтом случае управляющие переменные могут быть использованы на этапе функционирования ХТС для выполнения регламентных требований и проектных ограничений.

Ограничения в задаче интегрированного проектирования могут быть жесткими, если они должны безусловно выполняться на этапе функционирования ХТС для любых значений ξ. Нарушение этих условий может привести к аварии, нанести вред окружающей среде, обслуживающему персоналу и т.д. Мягкие ограничения могут выполняться с некоторой заданной вероятностью или в среднем.

Назовем химико-технологическую систему гибкой, а соответствующую ей конструкцию допустимой, если на стадии функционирования можно удовлетворить все ограничения (жесткие и мягкие) при условии, что неопределенные параметры могут принимать любые значения из области неопределенности Ξ.

При формулировании задач оптимизации и интегрированного проектирования ХТС в условиях неопределенности необходимо ввести целевую функцию и условия выполнения регламентных требований и проектных ограничений (далее ограничения). В качестве целевой функции используем некоторую оценку

эффективности функционирования (будущей работы) проектируемой ХТС, а в качестве ограничений – условия, гарантирующие гибкость ХТС на этапе функционирования. Для оценки эффективности функционирования ХТС используем одну из следующих величин:

1)среднее значение, которое может принять целевая функция (критерий) оптимизации или интегрированного проектирования;

2)наихудшее значение критерия оптимизации или интегрированного проектирования, которое она может принять (стратегия наихудшего случая);

3)верхнюю границу для критерия оптимизации или интегрированного проектирования, которая не может быть нарушена с заданной вероятностью.

Постановки и алгоритмы решения одноэтапных задач интегрированного проектирования

Рассмотрим формулировку одноэтапной задачи интегрированного проектирования (ОЗИП) для случаев с жесткими, мягкими и смешанными ограничениями, полной и неполной информации относительно функций распределения неопределенных параметров ξ.